(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210664595.5 (22)申请日 2022.06.14 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114734466 A (43)申请公布日 2022.07.12 (73)专利权人 中国科学技术大学 地址 230026 安徽省合肥市包河区金寨路 96号 (72)发明人 尚伟伟　汤新胜　张飞　江俊　 (74)专利代理 机构 北京凯特来知识产权代理有 限公司 1 1260 专利代理师 郑立明　付久春 (51)Int.Cl. B25J 11/00(2006.01) B25J 9/16(2006.01)G06K 7/14(2006.01) H04N 13/257(2018.01) 审查员 沈珍 (54)发明名称 一种移动机 器人化学实验操作系统及方法 (57)摘要 本发明公开了一种移动机器人化学实验操 作系统及方法， 方法包括： 在各个化学工作站点 上固定定位标签， 记录各个关键路径 点相对定位 标签的位姿， 从而构建工作站的结构化信息； 根 据设定的操作流程， 利用定位标签的位姿和记录 的结构化信息控制移动机器人自动进行化学实 验操作。 本发明的系统及方法， 能实现对物体的 高精度位姿定位， 并进行复杂的操作臂运动规划 和轨迹平滑， 从而实现对多种不同化学仪器的灵 巧操作， 提升化学实验效率。 权利要求书6页 说明书16页 附图4页 CN 114734466 B 2022.09.30 CN 114734466 B 1.一种移动机器人化学实验操作系统， 其特征在于， 用于包含多个化学工作站点的化 学实验场景进行化学实验操作， 包括： 若干定位标签、 移动机器人和至少一台相机； 其中， 每个定位标签对应设置在一个化学工作站点上； 所述相机， 设置在所述移动机器人的操作臂上， 能拍摄采集各化学工作站点的包含定 位标签的彩色图和深度图； 所述移动机器人， 与所述相机通信连接， 能在接收到控制指令 中的初始化指令后， 移动 到所操作的当前化学工作站 点的操作位置， 利用设置的所述相机采集确定 当前化学工作站 点相对所述移动机器人基座的二次定位位姿， 并根据二次定位位姿进 行二次定位后采集得 出当前化学工作站 点的精确标签位姿， 所述控制指 令为预先根据化学实验的实际操作过程 确定各化学工作站 点的操作流程， 依据各化学工作 站点的操作流程设定的控制所述系统的 移动机器人的控制指 令， 所述控制指 令包括： 初始 化指令和操作指 令； 以及根据当前化学工 作站点的精确标签位姿和预先采集得到的各化学工作站 点的相对标签结构化信息， 计算得 出当前化学工作站 点相对所述移动机器人基座的结构化信息； 以及在接收到所述控制指令 中的操作指令后， 利用得出的当前化学工作站 点相对所述移动机器人基座的结构化信息规 划出对当前化学工作站 点操作的轨迹， 根据规划的轨迹执行当前化学工作 站点对应的化学 实验操作， 直到 完成当前化学工作站点的化学实验操作； 所述移动机器人按以下方式根据当前化学工作站点的精准标签位姿和预先采集得到 的各化学工作 站点的相对标签结构化信息， 计算得出当前化学工作 站点相对所述移动机器 人基座的结构化信息， 包括： 所述移动机器人根据得出的当前化学工作站点相对所述移动机器人基座的精准标签 位姿 和预先采集的 相对标签结构化信息中的n个相对标签的操作位姿 ， 通过相对所述移动机器人基座的精准标签位姿 ×相对标签结构 化信息中的第i个相对标签的操作位姿 ， 计算得出n个相对所述移动机 器人基座的操作位姿 ， 由得出的n个相对所述移动机器人基座的操作位姿 组成 当前化学工作站点相对所述移动机器人基座的结构化信息 。 2.根据权利要求1所述的移动机器人化学实验操作系统， 其特征在于， 所述移动机器人 采用移动式多自由度操作臂。 3.根据权利要求1或2所述的移动机器人化学实验操作系统， 其特征在于， 所述移动机 器人在接 收到所述控制指令中的初始化指令并移动到所操作的当前化学工作站点的操作 位置后， 按以下方式利用设置的所述相机采集确定 当前化学工作站 点相对所述移动机器人 基座的二次定位位姿， 并根据二次定位位姿进行二次定位后采集得出当前化学工作 站点的 精确标签位姿， 包括： 步骤11， 利用该移动机器人上设置的相机拍摄采集当前化学工作站点的包含定位标签 的彩色图和深度图， 在彩色图中检测定位标签， 并根据深度图得到定位标签相对相 机的初 步标签位姿， 即为当前化学工作站点的初步标签位姿；权　利　要　求　书 1/6 页 2 CN 114734466 B 2步骤12， 根据所述相机的相机坐标系和所述移动机器人的基座坐标系的转换关系， 将 所述初步标签位姿转换至所述移动机器人的基座坐标系， 得到定位标签相对所述移动机器 人基座的初步标签位姿； 步骤13， 利用得到的相对所述移动机器人的基座的初步标签位姿和预先采集的各化学 工作站点的相对标签结构化信息中当前化学工作站 点相对标签的定位位姿， 计算得出当前 化学工作站点相对所述移动机器人基座的二次定位位姿， 该二次定位位姿的计算公式为： 相对基座的二次定位 位姿 = 相对基座的初步标签位姿 ×相对标签的定位 位姿； 步骤14， 所述移动机器人使操作臂自主移动到得出的当前化学工作站点相对该移动机 器人基座的二次定位位姿实现二次定位， 二次定位后通过该移动机器人上设置的相机再次 采集当前化学工作站点的包含定位标签的彩色图和深度图， 并在彩色图中检测定位标签， 根据深度图得到当前化学工作站点的定位标签相对所述移动机器人基座的精准标签位姿； 所述移动机器人按以下方式利用得出的当前化学工作站点相对所述移动机器人基座 的结构化信息规划出对当前化学工作站点操作的轨 迹， 包括： 步骤31， 从根据当前化学工作站点的操作流程预先设定的操作流程信息中， 选择操作 流程步骤数量、 每段轨迹的规划方法、 速度、 加速度和平滑过渡段最大允许半径的比例因 子， 并在当前化学工作 站点相对所述移动机器人基座的结构化信息中选择与操作流程步骤 数量相对应的k个相对该移动机器人基座的操作位姿 作为路径 点； 步骤32， 计算操作臂当前末端位姿和第1个操作位姿的直线距离， 若该距离大于预设距 离或当前肩部、 肘部1,2关节的关节角和第1个路径 点的目标关节角度差值总和大于预设角 度， 则在第 1个路径点前插入预先记录在相对标签结构化信息中的当前化学工作站点的过 渡关节角； 步骤33， 在所有k个路径点中， 依次选择第i个路径点作为起始位姿， i=1,2, …,k‑1， 第i +1个路径 点作为目标位姿， 根据操作流程信息中的规划方法、 速度和加速度进 行轨迹规划， 得到k‑1段轨迹； 步骤34， 在所有k个路径点中， 依次选择第j ‑1、 j、 j+1共3个路径点， j=1,2, …,k‑1， 分别 计算第j‑1与第j个路径点的直线距离， 第j个路径点与第j+1个路径点的直线距离， 选择两 个直线距离中的较小值作为第 j‑1段轨迹和第 j段轨迹的平滑过渡段最大允许半径， 得到k ‑ 2个平滑过渡段最大允许半径； 步骤35， 从步骤33得到的k ‑1段轨迹中， 依次选择第m、 m+1， m=1,2, …,k‑1段轨迹， 并根 据步骤34得到的第m个平滑过渡段最大允许半径和操作流程信息中的平滑过渡段最大允许 半径的比例因子， 在第m、 m+1段轨 迹中计算并插 入平滑过渡段轨 迹， 得到最终轨 迹。 4.一种移动机器人化学实验操作方法， 其特征在于， 采用权利要求1至2任一项所述的 移动机器人化学实验操作系统， 预先根据化学实验的实际操作过程确定各化学工作 站点的 操作流程， 并依据各化学工作 站点的操作流程设定的控制所述系统的移动机器人的控制指 令， 所述控制指令包括： 初始化指令和操作指令； 包括以下步骤： 步骤1， 在接收到所述控制 指令中的初始化指令后， 所述移动机器人移动到所操作的当 前化学工作 站点的操作位置， 利用该移动机器人上设置的相机采集确定当前化学工作 站点权　利　要　求　书 2/6 页 3 CN 114734466 B 3